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重載龍門桁架機器人主要針對大型重載自動化生產線機器人組線關鍵技術進行研究應用，以注塑機拉桿鍍后加工自動化生產線為例的重型生產線一般多為重載龍門桁架機器人的應用領域。用于拉桿的鍍后加工生產線工件其毛坯重量一般小于等于600?kg，零件的尺寸范圍長度兼容1580～4042?mm、直徑兼容44～145?mm。機器人機內上下料時間在60?s左右。拉桿的鍍后加工自動化生產線總體包括1臺重載龍門桁架機器人、2套兩工位上下料臺、4個料盤、1套人工抽檢臺、5套緩存平臺、1套外圍防護、1套工件直徑及長度識別裝置以及2套維修平臺。本案例中加工主機設備型號為寧波海天精工股份有限公司車床，車床型號：TC50×4200。

重型龍門桁架機器人

重載龍門桁架機器人需要滿足相應的目標參數要求，速度參數：A軸：50?m/min、B軸：60?m/min、C軸：60?m/min;抓取重量：腕部最大負載1500kg;定位精度：±0.2?mm。作為自動化生產線最為重要的重載龍門桁架機器人開發，其難點在于集成無線傳輸技術、融合視覺功能的手爪以及可拆垛型物流小車于一體，時時進行工件種類判斷，并調用相關程序，進而滿足較多工序、多品種、大型零件的上下料應用場合。其中，為了進行工件大小識別，解決組線中多種工件兼容的問題，需要采用集成視覺功能的手爪模塊，手抓備有掃碼裝置及聯合打標工序，實時追溯產品工序和質量，實現多工序工件質量溯源功能;采用無線傳輸拆垛物流小車，則旨在實現多工序工件程序調用功能。

集成多項關鍵技術

經過項目的設計實施和改善，重載龍門桁架機器人的開發涉及多種關鍵技術。首先就是多工序制造及工藝。多工序的重點在于工件的兼容以及多工序之間的搬運，本案例中的生產線采用了軸類零件結合視覺功能的勾型手爪。

圖1  GS系列重載龍門桁架機器人生產線總體示意圖

龍門結構桁架設計主要面對大型重型的生產線，無線傳輸技術就顯得十分關鍵。水平軸采用滾輪結構，實現重載、高速、靜音的效果，對于安裝環境要求低、易維護。通過無線傳輸通信技術能夠實現無線地桁架系統，這樣僅通過簡易的橫梁拼接就可以滿足生產線長行程的需求。同時無線傳輸系統也避免了原有的拖鏈傳動、長行程的拖鏈磨損等問題，大大降低了生產線的故障率。

圖2  橫梁、立柱采用模塊化拼接設計

圖3  橫梁的有限元分析

物流系統方面，可拆垛型物流小車采用鋼軌導向，齒輪齒條傳動，通過變頻控制可實現±0.15?mm的準確定位。配合手爪可以完成不同層之間的拆垛和碼垛工作，輕松實現重型零件的大容量存儲。

結構設計實用且安全性能高

GS系列重載龍門桁架機器人生產線采用模塊化設計，橫梁6?m拼接，一種設計，多種安裝形式。立柱可以在任意100?mm的位置安裝，可根據現場實際情況進行移動;對橫梁進行有限元分析，滿足重載要求;對電機進行安全校核，豎軸增加安全抱閘裝置，防止在電機抱閘失效后引起嚴重安全事故。托板采用鑄鋁托板一體化設計，剛性高，既能滿足輕量化設計，也能滿足重載設計，變形量小于0.01?mm。

圖4  鑄鋁托板的有限元分析

集成視覺功能的勾型手爪設計解決了由于工件較重、種類較多，換產較為麻煩的問題。勾型手爪設計可以讓工件在任何時候都能夠安全地放置在手爪上，不會因為斷電、斷氣而影響到手爪的穩定性;手爪集成視覺功能，可以實時判斷工件的種類、正反等，同時調用相應的機械手程序和機床加工程序，減少因人為因素而導致的相關問題，可提高機床利用率和生產效率。手抓在上料工位完成工件的長度和直徑識別，識別后判斷零件的種類，進而根據種類將零件送入相應指定的機床進行加工。

緩存平臺設有毛坯和成品兩個工位，緩存平臺架空。機械手將毛坯零件搬運到相應機床的緩存平臺毛坯工位，然后機械手在機床內將機床加工后的成品取出放置在緩存平臺成品工位，機械手在緩存平臺抓取成品料放置在拋光機處的上料道。而毛坯加工完成后，機械手再抓取毛坯給機床上料。

圖5  集成視覺功能的勾型手爪結構

生產線中集成無線供電技術的可拆垛型物流小車為碼垛式設計，當一層工件加工完成之后，配合機械手手爪進行托盤拆垛，可以進行另一層工件的加工。而最終加工完的空垛可以轉移至下料區域再進行碼垛。

針對目前注塑機行業拉桿加工領域，由于其品種多、重量大，而且人工勞動強度大，效率非常低。巨能開發的重載龍門桁架機器人，采用雙橫梁，跨距大，能夠滿足重載、服務區域大的應用場合，改變了傳統的物流方式，有效地改善了作業環境。其能夠實現拉桿多工序加工的自動上下料，可靠地保證了產品質量，結合視覺識別技術、智能物流小車實現了制造過程的自動化。通過應用重載龍門桁架機器人自動化生產線組線，客戶降低了成本，促進了注塑機零部件制造向自動化、智能化的轉變，有效提高了加工生產效率，穩定了產品質量。